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排气系统固定点强度分析及优化
Thestrengthanalysisandoptimizeofthevent-pipefixedpoints
宋起龙谌胜于贵齐
(东风汽车公司技术中心,武汉,430058)
摘要:本文通过使用有限元软件Abaqus对某乘用车排气系统固定点进行强度分析,介绍了排
气固定点载荷的获取方法。通过与设计目标进行对比,提出了方案的改进建议,再次分析得
出,新方案可以满足使用要求。
关键词:有限元排气固定点强度
Abstract:ByusingAbaqus,wegetthestrengthofthevent-pointfixedpoints.thenintroducethe
methodhowtogettheloadsofthepoints.Throughcontrastthetargetofthejudge,raisethe
optimizeofthemodel.validatedagain.theresultsindicatethatthenewprojectcansatisfythe
request.
Keywords:FEMVent-pipefixedpointStrength
1概述
排气系统是汽车上的一种重要部件,主要通过吊钩安装于汽车底盘,其一端与发动机相
连,将发动机产生的气体排出,同时还起到一定的降噪作用。在汽车行驶的过程中,车身受
到的冲击较大,为了防止排气吊钩从底盘开裂或脱落,必须在设计初期对其进行强度分析。
在设计人员在进行产品开发时,会导致零件的局部设计不够合理,从而导致模型不能满
足使用要求。随着计算机软硬件的发展,CAE技术日益成熟,各种仿真方法,例如:有限元
法,多体动力学,流体等技术,在现代产品设计中大量应用,在设计工程师完成初步的设计
后,可以进行虚拟的产品试验,检验零件强度,刚度等是否达到目标值。如果产品不能满足
要求,则依据分析结果,可以提出优化建议,从而可以大大缩短实物试验周期,降低成本费
用,较好的提高产品的设计质量。
本文以某款乘用车车型为例,详细介绍排气系统固定点强度的分析方法。图1是排气
系统各组成部分及各部分质量说明。在获取排气系统固定点载荷分析的过程中,模型的重量
对分析结果影响较大,各部分的重量一定要和排气系统实际重量相符,排气系统中的催化剂
及各复杂管线路采用质量点的形式模拟。
气体排出端
发动机连接端
排气吊挂点
1.194Kg4.087Kg1.504Kg6.944Kg
图1排气系统各组成部分及其重量
2排气固定点载荷获取
在汽车行驶的过程中,排气系统受到垂向冲击较大,本文对排气系统总成施加垂向冲击
加速度4G,以此获取排气系统固定点的载荷。首先在排气吊钩处进行全约束,模型整体施
加垂向4G加速度,同时设置输出约束点反力SPCFORCES,通过计算,此约束反力即为各
吊钩在该工况下的受力大小。其边界条件如图2所示。
约束123456
6
4G
5
3
1
7
2
4
图2排气系统边界条件施加
该排气系统方案中,设置七个吊挂点,各点的编号为1-7,如图2所示。通过分析,得出
各固定点处的载荷如表2-1所示。
表2-1各吊挂点载荷
1点2点3点4点5点6点7点
载荷(N)66.986.799.712017775.860.9
3车身端吊钩模型建立
排气管通过吊钩固定于车身地板上,上下两吊钩通过橡胶软垫连接,车身端吊钩与车身
钣金件进行焊接或螺栓连接,如图3和图4所示。
车身端吊钩橡胶软垫
排气管端吊钩
车身端吊钩
图3排气吊钩数模图4车身端吊钩
在本文中首先将Catia建立的数模导入有限元软件中,导入的图形一般要进行修正处
理,才能生成准确的有限元模型。本文在建立模型的过程中,为了保证分析精度和缩短分析
时间,排气吊钩首先采用大小为3*3的尺寸建立二维单元,在此基础上生成实体六面体单元,
对排气吊钩及车身固定点位置处钣金件输入材料的应力应变曲线,使用材料非线性进行计
算,排气吊钩材料为D260LA,屈服强度为280Mpa,材料应力应变曲线如图5所示,车身钣
金件材料为DC03,屈服强度为180Mpa,材料的应力应变曲线如图6所示。
图5排气吊钩材料应力应变曲线图6车身钣金件材料应力应变曲线
赋予材料属性后所建立排气吊钩模型如图7所示,吊钩和车身焊缝处采用壳单元模拟,
如图8所示。
焊缝单元
图7吊钩有限元模型图8焊缝有限元模型
吊钩及车身钣金件有限元模型所使用的材料均为合
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